版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

[科普中国]-带来毁灭,又给予重生。火山如何记录完整地球故事?| 季建清

我是科学家
原创

火山喷发也分性格,爆发式喷发什么样?静静地喷发又是什么样?喷发的火山灰如何帮助科学家跨越时间障碍,记录地球故事?火山喷发除了带来毁灭,还会带来什么样的重生?北京大学地球与空间科学学院教授季建清演讲的题目是《为什么说火山是永恒的话题?它关乎好奇心、重生与时间》。

季建清演讲视频:

以下为季建清演讲实录:

大家好,我是季建清,来自北京大学地球与空间科学学院,是一个火山学者。

你觉得火山离我们远吗?

其实火山离我们并不远。就在北京这片大地上,15亿年、1.56亿年、1.24亿年、几千万年、几十万年前,都曾经被火山覆盖过。

地球上,几乎每一寸土地都曾经被火山覆盖过,承载我们这个世界的表面地壳就由火山物质组成。

今年是2020年,整整300年前的1720年,黑龙江的五大连池、老黑山、火烧山喷发了。这可以说是中国最后一次真正意义上的火山喷发。

五大连池、火烧山

中国最著名的火山是长白山火山,除此以外,还有琼北的火山、广东南部的雷州湾火山,腾冲火山、台湾的大屯火山等。这些火山都处在 “休眠期”,可能会有少量地热活动或一些喷气作用,但都不是真正意义上的火山喷发。

我觉得火山地区是最美的。

腾冲火山

上世纪90年代,我还是博士生,去云南出野外,经过腾冲火山群。当时我对火山还有点陌生,但我好奇心很强,特别想去看看几百度、上千度喷发之后的火山口什么模样。所以我就一个人远离公路,远离人烟人群,在腾冲找了一个小火山口爬了上去。

从远处看,火山口是碗状形态,其实火山锥外侧地形很陡,虽然也就是200来米,我爬了半天,因为坡面上有很多火山碎屑和火山灰,爬一步都要退半步。

等我到达火山锥的锥环上时,终于看到了曾经喷发的火山口模样:就和我们家铁锅的锅底一样。

那是早春季节,还没有发芽的干草,干干净净、密密实实地铺在“锅底”上。由于火山锥是一个四边封闭的环,外面的喧嚣声传不进来,我走下“锅底”,进去之后一下子非常安静。

那次我一个人出野外,两个多月,做博士论文。一个人在外面对付各种各样的艰辛,心里有点慌、有点孤独,也有点疲累。看到如此好的“锅底”的一层干草,头顶上太阳照射着,我就躺下来睡了一觉。

一觉醒过来,我感觉好像被火山整个圆圆的碗碟紧紧地拥抱着,暖暖的,心里特别安宁、平静。这种感觉就像火山跟我之间,有千丝万缕的联系,它吸引着我融身其中。 我感觉火山好像是我的一个摇篮、一个襁褓——其实,我们人类和火山之间也是这种关系。

我非常羡慕其他出野外的老师,他们追猛禽、追花,还有追风。作为一个火山研究者,恐怕不能去追火山喷发,那是要了命的事。

皮纳图博火山喷发

上图是皮纳图博火山喷发时,火山学家仓皇出逃的样子。火山学者往往被火山喷发的熔岩流、热浪或火山灰追着逃跑,非常悲惨。

说到火山喷发,大家也许在灾难片、新闻中看到过。其实,火山喷发就像人的性格,也分暴脾气,或慢性子。

所谓暴脾气的火山喷发,学术上叫“ 爆发式喷发 ”。历史上著名的爆发式喷发,是维苏威火山在公元79年突然爆发。火山熔岩、火山灰、火山泥流,一下子掩埋了风光一时的庞贝古城,无数生命被定格在喷发那一瞬间。

还有另一种性格的火山喷发: 静静地喷发 。2018年春天,夏威夷基拉韦厄火山喷发,火山熔浆从裂缝里边缓缓地流出,慢慢地,过山港、过田野,吞噬村寨、吞噬公路、吞噬社区……不过这种情况主要在大洋或水下见得到,而且它速度比较慢,所以这种火山我们人类好像不太怕。

美国夏威夷基拉韦厄火山喷发

火山喷发过程中,除了高温高热给人类造成灾害,还有更多形式影响社会和地球环境。

1991年、1992年前后,我在长白山工作,到了国庆节“十一”前后,发现天已经冷得不行了。我师傅在那工作了很多年,也说冬天来得比往年早一点。

后来研究了火山我才发现,这是由于菲律宾的皮纳图博火山在1991年春天爆发,把将近2000万吨的二氧化硫和大量火山灰喷射到平流层里,造成火山气溶胶和灰尘,隔挡了地球表面从太阳吸收辐射能量——吸收的能量差不多减少了10%。

皮纳图博火山喷发后的大气层(航天飞机在1991年8月8日南美上空拍摄)

于是,91-92那两年,我们就迎来了 “火山冬天” 。在江南地区、江西、湖南,这些不太下雪的地方,那两年居然下了好几场暴雪。这是火山气溶胶影响地表吸收能量的缘故。

“火山冬天”这种现象,在文学作品、绘画艺术里都有记载。

18—19世纪的欧洲文学总是有点灰蒙蒙的氛围:空气冷飕飕,大地湿漉漉。经典的英国作品《呼啸山庄》、《雾都孤儿》、《傲慢与偏见》和《简·爱》里,都描述了一些食品匮乏、疾病多、愁苦困顿的场景。

除了文学,绘画里也有很多反映火山影响的作品,比如那个时期表现天空的艺术作品,经常出现红橙黄的颜色——所谓的火山暮色。

这些作品中关于火山的痕迹,确实源自火山喷发——18至19世纪,欧洲经历了好几次火山喷发,比如1783年冰岛的拉基火山喷发,在欧洲形成了很多年的火山冬天。食物匮乏,天气又比较凉,老百姓生活变得困苦,造成了社会结构不稳定。

那段时间,还发生过更严重的火山喷发,波及范围超出了欧洲,那就是引起1816年“无夏之年”的印度尼西亚坦博拉火山喷发,整个北半球都气温下降,进入火山冬天,造成了社会极大不稳定。

有资料表明,那时中国云南出现了很大的饥荒;在台湾这个偏热带的地方,夏天时居然也描述过“寒如冰”“夏冰霜”的情形。

地球有几十亿年的历史,再往前可以追溯,还有影响更大的火山喷发。

2.5亿年前,西伯利亚的大火山岩喷发,差不多生成了几百米到上千米厚的火山岩层,覆盖了西伯利亚地区将近700万平方公里的面积,相当于中国2/3的国土面积。这一次喷发,让地球上超过95%的生物灭绝,是地球历史上最严重的一次生物灭绝。

2.51亿年前,西伯利亚超大规模玄武质火山覆盖范围

球历史上还有很多次生物灭绝,最严重的5次大生物灭绝,都被认为与火山有关。

分子生物学研究表明,在八九万年前,人类祖先曾经有30万人之多,有生殖能力的妇女有15万人;但到了七万年前,人类数量变成了3000人,能够生育的女性只有几十个到几百个。

那么,是什么导致了人类数量的锐减?

其实,也跟火山喷发有关系。

上个世纪六七十年代,一些地球环境学家做了一项非常有意义的工作:在南北极的冰盖里,根据一层一年的记录,恢复了几十万年以来的地球环境演化历史。

他们发现在格陵兰冰盖下大概2500米深度,相当于7.4万到7.3万年前之间,出现了硫酸成分和火山灰的增加,平均气温降低了3到5度,生生地把地球拉进了一个小冰河时代。

地质学家根据全球这一层火山灰的分布,推断在印度尼西亚地区有一个多巴湖火山口。这个多巴湖火山口的喷发,造成了一次剧烈的全球冰期事件,这导致了稚嫩的人类几乎灭绝。

火山给人类带来了很多毁灭,但毁灭之后就有重生—— 火山是人类和生命圈重要的营养物质来源。

火山喷发出的气体和水,是我们地球水圈和生物群大气圈的来源,并且不断地通过注入的物质改变水圈大气圈,进而改变我们的环境。

大家知道中国最好的大米产自哪吗?叫“响水大米”,是中国第一品牌,也是历代皇朝的贡米。这个大米,就是在镜泊湖火山上面水洼地的火山灰里种出来的大米。它有许多农业科学的成就在里边,但是火山作为一种营养物质同样非常重要。

45亿年来,地球表面无时无刻不在发生着火山喷发。 我们通过火山和火山岩石,基本上能重建一个完整的地球故事。

不过,火山活动并不局限于地球,太阳系里火山喷发很常见:探测器观测到的木星、土星,以及海王星、冥王星上,经常会见到类似于火山喷发那样的行星活动。

位于火星的奥林帕斯山(Olympus Mons)是太阳系最高的火山,火山口深约3公里,顶峰高26公里,平均高度22公里

火星上的奥林帕斯的火山口,比我们珠穆朗玛峰要高三倍。金星、水星和月球上的火山面积都非常大。

关于火山的科学命题,几乎涉及到地球科学的所有方面。

所以说如果爱情是文学的主题,火山就是我们地球科学永远的主题。

谢谢大家。

演讲嘉宾季建清:《为什么火山是永恒的话题?它关乎好奇心、重生与时间》 作者:季建清

监制:吴欧

编辑:麦芽杨 范可鑫 雷昱儿

排版:雷昱儿

在“我是科学家iScientist”后台回复“演讲”,或者点击菜单栏“演讲”,即可看到更多科学家演讲。

欢迎个人转发到朋友圈

本文版权属于“我是科学家”,未经授权不得转载。如需转载请联系iscientist@guokr.com。

【扩展阅读】 不喷岩浆喷泥浆,这些火山是要闹哪样?